Polymermatrix, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung Polymer matrix, process for their preparation and their use
Die Erfindung betrifft eine Polymermatrix für die spezifische Anbindung von Oberflächenepitopen oderThe invention relates to a polymer matrix for the specific attachment of surface epitopes or
Rezeptoren von Zellen, wobei die Polymermatrix durch molekulares Prägen vorbehandelt wurde. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Polymermatrix. Verwendung finden die erfindungsgemäßen Polymermatrizes bei therapeutischen wie diagnostischen Anwendungen und ebenso zur Isolierung von Zellen.Receptors of cells, wherein the polymer matrix has been pretreated by molecular imprinting. The invention likewise relates to a process for producing such a polymer matrix. The polymer matrices according to the invention are used for therapeutic as well as diagnostic applications and also for the isolation of cells.
Eine gezielte Bereitstellung von Medikamenten im Kör- per erfolgt heutzutage über eine Vielzahl von Systemen, die sich dadurch auszeichnen, viel Medikament pro Partikel aufnehmen zu können, eine biokompatible Hülle zu besitzen und somit geringe Toxizität aufzuweisen. Ferner lassen sich Abgaberate und Wirkungs- statte einstellen. Hierbei gibt es verschiedenste
Sorten an Partikeln, wie z.B. Mizellen, in deren Innerem das Medikament eingeschlossen ist. Die Hülle kann hierbei chemisch so modifiziert werden, dass ein frühzeitiger Abbau im Blutstrom vermieden wird.A targeted delivery of drugs in the body is nowadays a variety of systems that are characterized by being able to absorb much drug per particle to have a biocompatible shell and thus have low toxicity. Furthermore, the rate of delivery and effect can be adjusted. There are many different ones Varieties of particles, such as micelles, inside which the drug is trapped. The shell can be chemically modified so that early degradation in the bloodstream is avoided.
Auch Liposome, Dendrimere, Hydrogele u.a. Partikel mit oben genannten Vorteilen dienen zur Medikamentenbeförderung, wobei das Medikament je nach Art der Partikel sowohl im Kern als auch gleichmäßig über den gesamten Partikel verteilt vorliegen kann. Die Hülle lässt sich durch deren Aufbau oder das Anbringen spezifischer Bindungsstellen so modifizieren, dass z.B. Krebszellen gezielt von den Partikeln angesteuert werden können, wo sie dann das Medikament durch Auf- lösen des Partikels oder auch durch chemische oder physikochemische Folgereaktionen freigesetzt werden. Hier seien pH- oder Temperaturänderungen genannt. Auch eine Aufnahme der Partikel in die Zielzellen ist möglich, wo sie dann z.B. durch die in der Zelle vor- herrschenden Bedingungen durch enzymatische Prozesse aufgelöst werden. Durch die vielseitigen Möglichkeiten des Aufbaus der Partikel lassen sich die Partikel den spezifischen Anforderungen, die das zu behandelnde System vorgibt, exakt anpassen.Also, liposomes, dendrimers, hydrogels and the like. Particles with the above-mentioned advantages are used for the transport of medicaments, whereby the medicament, depending on the type of particles, can be distributed both in the core and evenly distributed over the entire particle. The shell can be modified by its construction or the attachment of specific binding sites such that e.g. Cancer cells can be targeted by the particles, where they then release the drug by dissolving the particle or by chemical or physicochemical follow-up reactions. Here are pH or temperature changes called. Also, uptake of the particles into the target cells is possible, where they are then e.g. be resolved by enzymatic processes by the conditions prevailing in the cell. Due to the versatile possibilities of particle assembly, the particles can be precisely adapted to the specific requirements of the system to be treated.
Eine neuere Form der Medikamentenbereitstellung erfolgt über Molecular Imprinted Polymers (MIP) . Hier erfolgt eine Polymerisation von funktionellen und vernetzenden Polymeren zu Nanopartikeln in Anwesen- heit des zu transportierenden Medikaments. Das Medikament dient hier als Templat, das in einem weiteren Schritt aus den gebildeten Polymeren ausgewaschen wird und Kavitäten hinterlässt, die die spezifische Anordnung und Größe für das Templat besitzen und so- mit spezifisch hierauf reagieren können, wobei sich der Grad der Spezifität wählen lässt. Die großen Vor-
teile von MIPs liegen somit in der hohen Affinität und Spezifität für die Zielmoleküle, die denen natürlicher Rezeptoren entsprechen, weiterhin ihrer erhöhten Stabilität gegenüber ihren biologischen Vertre- tern sowie ihre einfache Synthese und Anpassung an die Anwendungsbedingungen .A newer form of drug delivery is via Molecular Imprinted Polymers (MIP). Here, polymerization of functional and crosslinking polymers into nanoparticles takes place in the presence of the medicament to be transported. The drug serves as a template, which in a further step is washed out of the formed polymers and leaves cavities that have the specific arrangement and size for the template and thus can specifically react to it, whereby the degree of specificity can be selected. The big pros parts of MIPs are thus in the high affinity and specificity for the target molecules that correspond to those of natural receptors, their increased stability to their biological representatives as well as their ease of synthesis and adaptation to the conditions of use.
Es ist aber auch möglich, das Polymer in Anwesenheit des Enantiomeren oder eines Diastereomeren des Medi- kaments (bei chiralen Wirkstoffen ) oder auch Strukturanalogen herzustellen. Der betreffende Wirkstoff selbst besitzt so eine etwas geringere Affinität zu dem Polymer, wodurch die Freisetzung des Wirkstoffs erleichtert wird. Eine weitere Variante ist denkbar, bei der das Polymer mit einer am Zielort vorhandenen Substanz geprägt wird, die strukturelle Ähnlichkeiten mit dem Wirkstoff aufweist; der Wirkstoff wird dadurch ebenfalls weniger fest im Polymer gebunden und durch die Prägesubstanz am Zielort verdrängt. Die Freisetzung des Medikaments kann durch Diffusion,However, it is also possible to prepare the polymer in the presence of the enantiomer or of a diastereomer of the medicament (in the case of chiral active substances) or else of structural analogues. The active substance itself has thus a slightly lower affinity for the polymer, whereby the release of the active ingredient is facilitated. Another variant is conceivable in which the polymer is embossed with a substance present at the target site which has structural similarities with the active substance; The active ingredient is thus less firmly bound in the polymer and displaced by the imprinting substance at the destination. The release of the drug may be due to diffusion,
Verdrängung, (biologischen) Abbau des Trägermaterials oder ein Zusammenspielen von allen erfolgen.Displacement, (biological) degradation of the carrier material or an interaction of all done.
Bestehende MIP-Systeme sind hierbei oft so gewählt, dass sie neben dem zu transportierenden MedikamentExisting MIP systems are often chosen so that they are next to the drug to be transported
Rezeptoren oder Antikörper zur Erkennung spezifischer Epitope auf der Zielzelle tragen, um hier ihre Fracht abzugeben. Sie zirkulieren durch den Blutkreislauf, bis sie nach und nach an den Zielzellen aufgenommen werden. Dabei dient der Blutström als direktes Transportmittel. Derartige Systeme sind aus folgenden Druckschriften bekannt:Wear receptors or antibodies to recognize specific epitopes on the target cell to deliver their cargo here. They circulate through the bloodstream until they are gradually absorbed into the target cells. The Blutström serves as a direct means of transport. Such systems are known from the following publications:
0. Kotrotsiou, K. Kotti, E. Dini, 0. Kammona und C. Kiparissides ; Journal of Physics: Conference Series 10 (2005) 281-284,
Alexandridou S. und Kiparissides C, Proc . Of the EC- NSF Workshop on Nanotechnology-Revolutionary Opportu- nities and Societal Implications (Lecce, Italy, Janu- ary 31-February 1, 2002),0. Kotrotsiou, K. Kotti, E. Dini, 0. Kammona and C. Kiparissides; Journal of Physics: Conference Series 10 (2005) 281-284, Alexandridou S. and Kiparissides C, Proc. Of the EC-NSF Workshop on Nanotechnology-Revolutionary Opportunities and Societal Implications (Lecce, Italy, January 31-February 1, 2002),
Byrne M.E., Park K. und Peppas N. A. , 2002 Adv. Drug Delivery Rev. 54, 149-61 undByrne M.E., Park K. and Peppas N.A., 2002 Adv. Drug Delivery Rev. 54, 149-61 and
Majeti N. V., Ravi Kuraar, J. Pharm. Pharmaceut . Sei. 3 (2) : 234-258 (2000) .Majeti N.V., Ravi Kuraar, J. Pharm. Pharmaceut. Be. 3 (2): 234-258 (2000).
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfach zu handhabendes Verfahren be- reitzustellen, mit dem Oberflächenepitope oder Rezeptoren von Zellen selektiv erkannt oder gebunden werden können.Proceeding from this, it was an object of the present invention to provide an easy-to-use method with which surface epitopes or receptors of cells can be selectively recognized or bound.
Diese Aufgabe wird durch die Polymermatrix mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. In den Ansprüchen 24 bis 27 werden erfindungsgemäße Verwendungen aufgezählt. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.This object is achieved by the polymer matrix having the features of claim 1 and the method having the features of claim 18. In claims 24 to 27 uses according to the invention are enumerated. The other dependent claims show advantageous developments.
Erfindungsgemäß wird eine Polymermatrix für die spezifische Anbindung von Oberflächenepitopen oder Rezeptoren von Zellen bereitgestellt, wobei die Polymermatrix molekular geprägte und für diese Oberflä- chen Epitope oder Rezeptoren spezifische Bindungska- vitäten aufweist.According to the invention, a polymer matrix is provided for the specific binding of surface epitopes or receptors of cells, the polymer matrix having molecularly imprinted binding cations and epitopes or receptors specific for these surfaces.
Durch die vorliegende Erfindung wird es ermöglicht, das Verfahren des molekularen Prägens einzusetzen, um Polymermatrizes, insbesondere Polymerpartikel, herzustellen, auf denen Rezeptoren, Antikörper oder bispe-
zifische Antikörper ersetzt sind. Da viele Tumorassoziierte Antigene oder auch andere Epitope oder Rezeptoren, die in Krankheiten einbezogen sind bzw. bei der Therapie eine Rolle spielen können, bekannt. Das erfindungsgemäße Verfahren ersetzt somit die bisherige aus dem Stand der Technik bekannte Verfahrensweise, Partikeloberflächen in Gegenwart solcher Strukturen, z.B. Antigene, Epitope oder Rezeptoren, oder veränderten bzw. verkleinerten Segmenten hiervon zu prägen.The present invention makes it possible to use the method of molecular imprinting to produce polymer matrices, in particular polymer particles, on which receptors, antibodies or bispecific zifische antibodies are replaced. Since many tumor-associated antigens or other epitopes or receptors that are involved in diseases or may play a role in the therapy known. The method according to the invention thus replaces the previous procedure known from the prior art for embossing particle surfaces in the presence of such structures, for example antigens, epitopes or receptors, or altered or reduced segments thereof.
Erfindungsgemäß können Polymermatrizes hergestellt werden, die bispezifische Antikörper simulieren, indem sie für spezifische Epitope einer Transportzelle zugeschnitten sind und an diese angebunden werden können, bevor sie in den Blutstrom gegeben werden. Eine zweite molekular geprägte Bindungsstelle erleichtert die Erkennung und Bindung an anderen Zellen, z.B. Tumorzellen. Dies kann die Zirkulationszeit verringern und die Aufnahmerate am Zielort erhöhen, wenn die transportierenden Zellen so gewählt sind, dass sie auf das befallene Gewebe reagieren.In accordance with the present invention, polymer matrices can be prepared which simulate bispecific antibodies by tailoring and attaching to specific epitopes of a transport cell prior to their introduction into the bloodstream. A second molecularly imprinted binding site facilitates recognition and binding to other cells, e.g. Tumor cells. This can reduce the circulation time and increase the rate of uptake at the target site if the transporting cells are chosen to respond to the affected tissue.
Vorzugsweise sind die Bindungskavitäten für Immunzel- len, insbesondere T-Lymphozyten, Monozyten oder vonPreferably, the binding cavities are for immune cells, in particular T-lymphocytes, monocytes or of
Monozyten abgeleitete Makrophagen und Antigen präsentierende Zellen. Ebenso können diese Bindungskavitäten für Stammzellen sein.Monocyte-derived macrophages and antigen-presenting cells. Likewise, these binding cavities may be for stem cells.
Die Polymermatrix besteht vorzugsweise aus einem biokompatiblen und/oder natürlichen Polymer. Das biokompatible Polymer ist dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus PoIy (meth) acrylsäure, PoIy- (2-hydroxyethylmethacrylat) , Polyacrylamiden, PoIy- lactiden, Polyglycosiden, Polyphosphazenen, Polyor- thoestern, Polyanhydriden, PoIy (N-Vinylpyrrolidon) ,
PoIy (hydroxyalkanoate) , Polyurethanen, Polysiloxanen PoIy (ethylenoxid) , PoIy (vinylalkohol) , PoIy (ethylen) , PoIy (methyl-methacrylat) , PoIy (ethylenglykol) , Po- lyglycoliden und Copolymeren, Blends und Mischungen hiervon. Die natürlichen Polymere sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stärke, CeI- lulose, Chitosan und Copolymeren, Blends und Mischungen hiervon. Es können auch anorganische Materialien zum Einsatz kommen, zum Beispiel Siliciumdioxid-Mate- rialien, vor allem poröse Hohlpartikel hiervon,- Titan und Legierungen hiervon; Aluminium-, Calcium-, Titan- und Cobaltoxide,- Hydroxyapatite, Fluorapatite und andere Calciumphosphate,- Aluminate, Selenate und Anti- monate .The polymer matrix preferably consists of a biocompatible and / or natural polymer. The biocompatible polymer is preferably selected from the group consisting of poly (meth) acrylic acid, poly (2-hydroxyethyl methacrylate), polyacrylamides, polylactides, polyglycosides, polyphosphazenes, polythioesters, polyanhydrides, poly (N-vinylpyrrolidone), Poly (hydroxyalkanoates), polyurethanes, polysiloxanes, poly (ethylene oxide), poly (vinyl alcohol), poly (ethylene), poly (methyl methacrylate), poly (ethylene glycol), polyglycolides and copolymers, blends, and mixtures thereof. The natural polymers are preferably selected from the group consisting of starch, cellulose, chitosan and copolymers, blends and mixtures thereof. It is also possible to use inorganic materials, for example silicon dioxide materials, in particular porous hollow particles thereof, titanium and alloys thereof; Aluminum, calcium, titanium and cobalt oxides, - hydroxyapatites, fluorapatites and other calcium phosphates, - aluminates, selenates and antimi- ates.
Die spezifischen Bindungskavitäten können vorzugsweise durch den Einbau spezifischer Epitope, Rezeptoren oder Teile davon erzeugt werden, um anschließend wieder aus der Polymermatrix entfernt zu werden. Diese Entfernung kann dabei z.B. durch den Einsatz von hydrolytischen Enzymen, durch Erhitzen oder entsprechende Chemikalien herbeigeführt werden. Ebenso ist es möglich, die spezifischen Bindungskavitäten dadurch zu erzeugen, dass spezifische Proteine, PoIy- saccharide, Fette und/oder Nukleinsäuren in die Polymermatrix eingebaut werden und anschließend durch Iy- sosomale Enzyme hydrolysiert werden, wodurch es zur Auflösung der äußeren Struktur, also in der Regel der Schale, kommt.The specific binding cavities may preferably be generated by the incorporation of specific epitopes, receptors or portions thereof, and subsequently removed again from the polymer matrix. This distance may be e.g. be induced by the use of hydrolytic enzymes, by heating or appropriate chemicals. It is likewise possible to generate the specific binding cavities by incorporating specific proteins, polysaccharides, fats and / or nucleic acids into the polymer matrix and subsequently hydrolyzing them by isosomal enzymes, which makes it possible to dissolve the external structure, ie the rule of the shell, comes.
Die bevorzugte Form der Polymermatrix stellt ein Partikel dar, wobei dann die Partikeloberfläche die Bindungskavitäten aufweist. Derartige Partikel haben vorzugsweise eine Korngröße im Bereich von 10 bis 1000 nm.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Polymermatrix ein magnetisches oder magnetisierbares Material, z.B. eisenhaltiges Material wie Magnetit, Maghemit oder Hämatit, enthält. Derartige Partikel ermöglichen es, selektive Bereiche im Körper aufzuheizen, an die die Partikel aufgrund der molekular geprägten Oberflächenstrukturierung binden. Das Aufheizen erfolgt dabei durch Anregen der Partikel mit Radiowellen oder Mikrowellen. Je nach Ausmaß der in- duzierten Temperaturerhöhung kann diese z.B. dazu benutzt werden, Wirkstoffe aus temperatursensitiven Partikeln freizusetzen oder das Zielgewebe aufzuheizen, um die entsprechenden Zellen abzutöten. Derartige magnetische Nanopartikel lassen sich entweder durch bekannte Syntheseverfahren erhalten oder werden mit einem biokompatiblen und bioabbaubaren Polymer aus z.B. Milchsäure, Urethananhydriden, Siloxan, Vi- nylalkoholen, Acrylamid, Ethylen, Ethyl-2- Cyanoacrylat , Gelatine, Dextran oder Mischungen hier- von umhüllt. Eine andere Variante für die Herstellung sieht vor, dass das magnetische Material während der Polymerisation in die Polymermatrix eingebaut wird.The preferred form of the polymer matrix is a particle, in which case the particle surface has the binding cavities. Such particles preferably have a particle size in the range of 10 to 1000 nm. A further preferred variant provides that the polymer matrix contains a magnetic or magnetizable material, for example iron-containing material such as magnetite, maghemite or hematite. Such particles make it possible to heat selective areas in the body to which the particles bind due to the molecularly embossed surface structuring. The heating takes place by exciting the particles with radio waves or microwaves. Depending on the extent of the induced increase in temperature, this can be used, for example, to release active substances from temperature-sensitive particles or to heat the target tissue in order to kill the corresponding cells. Such magnetic nanoparticles can either be obtained by known synthesis processes or are coated with a biocompatible and biodegradable polymer of, for example, lactic acid, urethane anhydrides, siloxane, vinyl alcohols, acrylamide, ethylene, ethyl 2-cyanoacrylate, gelatin, dextran or mixtures thereof. Another variant for the preparation provides that the magnetic material is incorporated into the polymer matrix during the polymerization.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Polymermatrix mindestens einen Wirkstoff enthält. Dies ermöglicht es, dass die Wirkung von z.B. T- Zellen am Wirkort durch Freisetzung des Wirkstoffes verstärkt werden kann. So ist es möglich, durch Beladung mit Cytostatika eine gezielte Wirkstofffreiset- zung am Tumorort zu realisieren. Solche mit Wirkstoffen beladenen Polymermatrizes, die z.B. in Form von Partikeln vorliegen können, können entweder in die Blutbahn injiziert werden oder ex vivo mit Zellen, z.B. T-Lymphozyten oder Monozyten verbunden werden, bevor diese Komplexe dann in die Blutbahn injiziert werden. Hinsichtlich der Beladung der Partikel mit
den Wirkstoffen bestehen keinerlei Beschränkungen, so ist sowohl eine Beladung im Inneren als auch an der Oberfläche möglich. Im ersten Fall ist die äußere geprägte Oberfläche so gestaltet, dass sie entweder zeitabhängig oder durch den Bindevorgang an das Ziel- epitop durch einen geänderten pH-Wert im Zielgewebe oder in bestimmten Kompartimenten oder durch Exozyto- se des sauren, cytolytischen Inhalts des von T- Lysosomen nach Bindung an die zu therapierende Zelle über den T-Zell-Rezeptor durchlässig für das Medikament wird oder sich auflöst. Ein klassisches Anwendungsfeld hierfür ist die Krebstherapie.A further preferred variant provides that the polymer matrix contains at least one active substance. This makes it possible that the effect of eg T cells at the site of action can be enhanced by release of the active ingredient. Thus, it is possible to achieve a targeted release of active substance at the site of the tumor by loading with cytostatic agents. Such drug-loaded polymer matrices, which may be in the form of particles, for example, can either be injected into the bloodstream or linked ex vivo to cells, eg T lymphocytes or monocytes, before these complexes are then injected into the bloodstream. With regard to the loading of the particles with The active ingredients are no restrictions, so both a load on the inside and on the surface is possible. In the first case, the outer embossed surface is designed to be either time-dependent or by binding to the target epitope by a changed pH in the target tissue or in certain compartments, or by exocytosis of the acidic, cytolytic content of the target. Lysosomes after binding to the cell to be treated via the T-cell receptor becomes permeable to the drug or dissolves. A classic field of application for this is cancer therapy.
Die Freisetzung des Wirkstoffs kann allgemein durch Diffusion, durch (biologischen) Abbau des Trägermaterials und durch Anschwellen oder Aufquellen mit nachfolgender Diffusion oder einem Zusammenspielen von allen erfolgen. Der Wirkstoff kann dabei sowohl zeitgesteuert, durch Desorption, pH-abhängig, durch lyso- somale Hydrolyse und/oder durch magnetische Wechselwirkung freigesetzt werden. Hierbei kann eine retardierende Freisetzung bevorzugt sein.The release of the active ingredient may generally be by diffusion, by (biological) degradation of the support material, and by swelling or swelling followed by diffusion or all together. The active ingredient can be released both time-controlled, by desorption, pH-dependent, by lysosomal hydrolysis and / or by magnetic interaction. In this case, a sustained release may be preferred.
Auf Polymermatrixsysteme, die in der Lage sind, ihre Größe durch Anschwellen oder Schrumpfen zu verändern, können darüber hinaus auch noch folgende Umgebungsparameter eine Wirkstofffreisetzung bewirken: Temperatur; Ionenstärke; von den Zielzellen ausgeschüttete geladene Verbindungen, die an funktionelle Gruppen im System binden und durch die resultierende elektrostatische Abstoßung ein Anschwellen des Systems bewirken; sowie Elektronendonorverbindungen, die mit den Systemen charge-transfer-Komplexe eingehen können.
Hinsichtlich der verschiedenen Freisetzungsmechanismen sollen kurz die verschiedenen Varianten nochmals beschrieben werden.On polymer matrix systems capable of changing their size by swelling or shrinking, the following environmental parameters may also cause drug release: temperature; Ionic strength; charged compounds released by the target cells that bind to functional groups in the system and cause the system to swell due to the resulting electrostatic repulsion; and electron donor compounds that can undergo charge-transfer complexes with the systems. With regard to the different release mechanisms, the different variants are briefly described again.
1) pH-abhängig1) pH-dependent
Das Einbringen der MlP-umhüllten Partikel in den Blutkreislauf führt zu einer Anbindung an T- Leukozyten und dem Transport an die Zielstelle. Durch die Reaktion der T-Zelle auf die Krebszelle kommt es zur Lysosomenausschüttung mit verbundener pH- Absenkung. Diese führt bei den pH- sensitiven Mikrogelen zur Ausschüttung des Medikaments.Introduction of the MIP-enveloped particles into the bloodstream results in attachment to T-leukocytes and transport to the target site. The reaction of the T cell to the cancer cell leads to lysosomal release with associated pH reduction. This leads to the distribution of the drug in the pH-sensitive microgels.
Bei Verwendung pH-empfindlicher Proteineinheiten wird das Netzwerk an diesen Stellen gespalten, bei den anderen Mikrogelen kommt es zu einem reversiblen An- bzw. Abschwellen des Netzwerkes, wodurch das im Mikrogel enthaltene Lösemittel mit dem Medikament ausgeschüttet wird.When using pH-sensitive protein units, the network is split at these sites, in the other microgels there is a reversible swelling or shrinking of the network, whereby the solvent contained in the microgel is released with the drug.
2) lysosomai2) lysosomal
Bei den Polymereinheiten, die mit enzymsensiblen Ab- schnitten funktionalisiert wurden, führt die lysoso- male Hydrolyse zur Spaltung des Polymernetzwerkes.For the polymer units functionalized with enzyme-sensitive sections, lysosomal hydrolysis leads to cleavage of the polymer network.
3) zeitgesteuert3) timed
Die Freigabe erfolgt bei einfachen Kern-Schale- Partikeln durch das langsame Auflösen der medikamen- tenbeladenen Schale oder bei kernbeladenen Partikeln durch das Auflösen der als Barriere wirkenden Schale.
4) pH-abhängig (verstärkt durch Kettenreaktion)The release takes place in simple core-shell particles by the slow dissolution of the medically loaded shell or, in the case of core-loaded particles, by the dissolution of the barrier shell. 4) pH dependent (enhanced by chain reaction)
Der Einsatz pH-sensitiver Partikel führt nach der De- sorption der Partikel/T-Zellen-Einheit und anschlie- ßender erneuter Ankopplung an weitere Epitope derThe use of pH-sensitive particles leads to the desorption of the particle / T cell unit and subsequent re-coupling to other epitopes of the
Krebszelle zu weiterer Lysosomenausschüttung. Somit wird der pH-Wert in der Umgebung nach und nach abgesenkt, was letztenendes zur kompletten Auflösung des Partikels führt.Cancer cell to further lysosomal release. Thus, the pH in the environment is gradually lowered, which ultimately leads to the complete dissolution of the particle.
5) magnetische Wechselwirkung5) magnetic interaction
Ein magnetisches Wechselfeld führt zum Erhitzen der Partikel und der Zerstörung der Polymerstruktur und somit zur Ausschüttung des Medikaments. Bei den temperaturempfindlichen Mikrogelen kommt es zu einer Kontraktion des Polymers und einem Auspressen der in den Zwischenräumen enthaltenen Lösemittel . Hierbei wird die Temperaturschwelle genügend hoch gewählt, um eine vorzeitige Abgabe des Medikaments zu vermeiden.An alternating magnetic field leads to heating of the particles and the destruction of the polymer structure and thus to the release of the drug. In the case of the temperature-sensitive microgels, there is a contraction of the polymer and a squeezing out of the solvents contained in the interstices. Here, the temperature threshold is chosen high enough to avoid premature delivery of the drug.
Die magnetischen Partikel können durch magnetische Detektion (SQUID) im Körper lokalisiert werden und erlauben einen gezielten Reaktionsstart bei genügender Ansammlung im betroffenen Gewebe.The magnetic particles can be localized by magnetic detection (SQUID) in the body and allow a targeted reaction start with sufficient accumulation in the affected tissue.
Ein angelegtes magnetisches Feld kann außerdem zu einer Änderung der Poren im Gel führen, ein elektrisches Feld zu einer Änderung der Ladung in der Membran und einer Wanderung eines geladenen Wirkstoffs. In beiden Fällen wird eine Änderung im Aufquellverhalten und damit eine Freisetzung des Wirkstoffs bewirkt .An applied magnetic field can also lead to a change in the pores in the gel, an electric field to a change in the charge in the membrane and a migration of a charged drug. In both cases, a change in the swelling behavior and thus a release of the active ingredient is effected.
Ferner kann ein Temperaturanstieg und somit eine Freisetzung des Wirkstoffs auch durch Ultraschall hervorgerufen werden.
Hinsichtlich der Anbindung des Wirkstoffs an die Polymermatrix bestehen grundsätzlich keinerlei Beschränkungen. Vorzugsweise basieren die Wechselwir- kungen auf Physi- oder Chemisorption mit der Oberfläche der Polymermatrix. Ebenso ist es aber auch möglich, dass der Wirkstoff in die Polymermatrix eingebaut ist.Furthermore, an increase in temperature and thus a release of the active substance can also be caused by ultrasound. In principle, there are no restrictions with regard to the binding of the active substance to the polymer matrix. Preferably, the interactions are based on physisorption or chemisorption with the surface of the polymer matrix. Likewise, it is also possible that the active ingredient is incorporated in the polymer matrix.
Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Polymermatrix sieht vor, dass diese in Form eines Hydrogels vorliegt. Derartige Hydrogele haben vorzugsweise eine Partikelgröße in der Größenordnung von 100 bis 1000 nm. Zur Herstellung wird eine Lösung bestehend aus den entsprechenden Monomereinheiten mit einem Vernetzer, z.B. Tetraethylen-Glycoldimethacrylat (EDGMA) oder Pentaerythritoltetraacrylat (PETEA) sowie mit einem Quervernetzer, der z.B. funktionelle Gruppen wie Acrylamideinheiten, die an den Amidstickstoff über aliphatische, aromatische oder heteroaromatische Spacer gebunden werden können, enthalten, werden in einem Gemisch aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel wie Ethanol gelöst. Auch bei der Herstellung derartiger erfindungsgemäßer Hydrogele lassen sich durch den Einbau bestimmter Protein- oder PoIy- saccharidketten, Fette oder Nukleinsäuren in das Polymer funktionelle Abschnitte ausbilden, die durch lysosomale Enzyme hydrolysiert werden können und zur Auflösung des Mikrogels führen. Ebenfalls sind pH- empfindliche Proteineinheiten einsetzbar. Als Radikalstarter für die Herstellung der Hydrogele werden vorzugsweise 4 , 4 ' -Azobis- (4-cyanopentansäure) oder 2 , 2 ' -Azobis- (isobutyronitril) verwendet. Ebenso ist aber auch ein photolytischer Radikalstart mittels UV- Licht möglich. Eine weitere bevorzugte Variante sieht temperaturempfindliche Hydrogele vor, die z.B. aus
PoIy (N-alkylacrylamiden) hergestellt werden können. Deren Thermosensitivität kann durch die Variation von eingesetztem Vernetzer sowie dessen Konzentration oder auch durch den Zusatz von Co-Monomeren erreicht werden. Durch die Anwesenheit durch Magnetit oderAnother variant of the polymer matrix according to the invention provides that this is in the form of a hydrogel. Such hydrogels preferably have a particle size in the order of 100 to 1000 nm. For the preparation of a solution consisting of the corresponding monomer units with a crosslinker, for example tetraethylene glycol dimethacrylate (EDGMA) or pentaerythritol tetraacrylate (PETEA) and with a crosslinking agent, for example functional groups such as acrylamide units which can be attached to the amide nitrogen via aliphatic, aromatic or heteroaromatic spacers are dissolved in a mixture of water and an organic solvent such as ethanol. In the production of such hydrogels according to the invention, it is also possible by the incorporation of specific protein or polysaccharide chains, fats or nucleic acids into the polymer to form functional segments which can be hydrolyzed by lysosomal enzymes and lead to the dissolution of the microgel. Likewise, pH-sensitive protein units can be used. As free radical initiators for the preparation of the hydrogels are preferably 4, 4 'azobis (4-cyanopentanoic acid) or 2, 2' azobis (isobutyronitrile) is used. Likewise, however, a photolytic radical start by means of UV light is possible. Another preferred variant provides temperature-sensitive hydrogels, for example Poly (N-alkylacrylamides) can be prepared. Their thermosensitivity can be achieved by the variation of crosslinker used and its concentration or by the addition of co-monomers. Due to the presence of magnetite or
Maghemit während der Synthese lassen sich auch magnetische Partikel herstellen, die auch auf äußere Felder reagieren können. Hinsichtlich der für die Polymermatrix eingesetzten Monomere, Quervernetzer und Lösungsmittel wird auf die Ansprüche 20 bis 22 verwiesen.Maghemite during the synthesis can also produce magnetic particles that can also react to external fields. With regard to the monomers, crosslinking agents and solvents used for the polymer matrix, reference is made to claims 20 to 22.
Für die Herstellung spezifischer Kavitäten zur Erkennung bestimmter Zellarten, z.B. T-Lymphocyten, Mono- cyten, werden die Zellen, deren Epitope oder Bereiche der Epitope, an eine auf einem Träger befindliche Biopolymer-Oberfläche wie Gelatine oder Dextran gebunden. Hierzu lassen sich deren zuvor modifizierte Antikörper verwenden, indem man Sulfhydryl- oder auch andere funktionelle Gruppen an das Biopolymer und die oben genannten Zellarten über eine Avidin-Biotin- Komplexierung mittels NeutrAvidin an die funktionellen Gruppen bindet. Durch die Modifizierung der Antikörper, z.B. Biotinylierung, wird gewährleistet, dass sich der Antikörper auf der Biopolymerschicht in der gewünschten Orientierung anbindet. Das Biopolymer ist dabei auf einer Seite eines Polymerstempels als dünne Schicht gebunden, wodurch sich Kapillare mit wenigen Mirkometern Durchmesser bilden. Auf der gegenüberlie- genden Seite der gebundenen Zellen sind charakteristische Marker bzw. Epitope wie der Tumormarker EpCAM fixiert. Die gezielte Anordnung beider Komponenten auf dem Partikel kann somit über die räumliche Anordnung während der Synthese erreicht werden, indem nun in den Kapillaren das Molecular Imprinting erfolgt. Die spezifischen Kavitäten bilden sich auf der ent-
stehenden Schale bei Anwesenheit der medikamentenbe- ladenen Partikel auf gegenüberliegenden Seiten. Durch Trennen der Polymerhälften und Waschen mit Lösungsmitteln lassen sich die fertigen Partikel extrahie- ren.For the production of specific cavities for the detection of certain cell types, eg T-lymphocytes, monocytes, the cells, their epitopes or regions of the epitopes are bound to a supported biopolymer surface such as gelatin or dextran. For this purpose, their previously modified antibodies can be used by binding sulfhydryl or else other functional groups to the biopolymer and the abovementioned cell types via avidin-biotin complexation by means of NeutrAvidin to the functional groups. By modifying the antibodies, eg biotinylation, it is ensured that the antibody binds to the biopolymer layer in the desired orientation. The biopolymer is bound on one side of a polymer stamp as a thin layer, thereby forming capillaries with a diameter of only a few micrometers. On the opposite side of the bound cells characteristic markers or epitopes such as the tumor marker EpCAM are fixed. The targeted arrangement of both components on the particle can thus be achieved via the spatial arrangement during the synthesis by now in the capillaries, the molecular imprinting is done. The specific cavities are formed on the standing shell in the presence of the drug-loaded particles on opposite sides. By separating the polymer halves and washing with solvents, the finished particles can be extracted.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass das Oberflächenepitop, welches die Bindungskavität in der Polymermatrix erzeugt, an ein genügend sterisch an- spruchsvolles Molekül, z.B. ein Polymer, bzw. ein genügend großer Partikel, z.B. Gelatinepartikel, Kolloide oder Liposome, bindet. Hierdurch wird sich nicht nur eine sehr kleine Anzahl von Kavitäten für die Transportzelle ausbilden. Die gegenseitige Behin- derung der Epitoppartikel kann auch durch eine hohe ionische Ladung der Epitoppartikel erzeugt werden, wodurch es zur Abstoßung kommt. Ebenso kann eine gezielt geringe Beladung mit Trägerteilchen selbst bei mehreren Kavitäten pro Polymerpartikel durch eine ge- ringe Konzentration an Trägern während der späteren Beladung erzielt werden, sofern die Zahl der Kavitäten während der Polymerisation der Polymermatrix durch die genannten Verfahren ausreichend niedrig gehalten wird.A further preferred variant envisages that the surface epitope which produces the binding cavity in the polymer matrix is bound to a sterically demanding molecule, e.g. a polymer, or a sufficiently large particle, e.g. Gelatin particles, colloids or liposomes. This will not only form a very small number of cavities for the transport cell. The mutual obstruction of the epitope particles can also be produced by a high ionic charge of the epitope particles, which leads to repulsion. Likewise, a deliberately low loading of carrier particles, even with several cavities per polymer particle, can be achieved by a low concentration of carriers during the subsequent loading, provided that the number of cavities during the polymerisation of the polymer matrix is kept sufficiently low by the said methods.
Werden magnetisch aktive Kolloide als Epitopträger verwendet, lassen sich diese durch Anlegen eines Magnetfeldes gezielt auf eine Seite des Polymerisations- behälters oder Polymerisationskanals, d.h. bei Ver- wendung der Durchflussmethode, bringen. Bei gleichzeitiger Polymerisation der Polymermatrix mit dem gegenüber gebundenen zweiten Epitop des Zielmoleküls entstehen die Kavitäten entsprechend auf der abgewandten Seite vom Zielmolekül.
Bei Anwendung des obigen Verfahrens ohne Anwesenheit der Polymerstempel erfolgt die Anordnung der Kavitä- ten unspezifisch. Hierbei sind die Antikörper der T-Zellen auf Gelatinepartikeln mit Größen von über 500 nm gebunden, um ein Imprinting der antikörpertragenden Partikel zu verhindern.If magnetically active colloids are used as epitope carriers, they can be brought to one side of the polymerization vessel or polymerization channel, ie when using the flow-through method, by applying a magnetic field. Upon simultaneous polymerization of the polymer matrix with the opposite bound second epitope of the target molecule, the cavities are formed on the opposite side of the target molecule accordingly. When using the above method without the presence of polymer stamps, the arrangement of the cavities is non-specific. In this case, the antibodies of the T cells are bound to gelatin particles with sizes of more than 500 nm in order to prevent imprinting of the antibody-carrying particles.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass im ersten Schritt nanoskalige geprägte Polymere herge- stellt werden, mit kurzen Oligopeptid-Teilstücken als frei bewegliche oder immobilisierte Template, die aus den für die N- oder C-terminalen Enden spezifischen Aminosäuren der Proteine des gewählten Epitops bestehen. Diese peptidgeprägten Polymere, die die N- oder C-terminalen Oligopeptide und damit das Zielepitop mit hoher Spezifität und Affinität erkennen können, sollen dann in einem zweiten Schritt selbst als Templat für einen stabilen Präpolymerisationskomplex mit geeigneten funktionellen Monomeren dienen. In einem dritten Schritt werden diese dann zu mehr oder weniger stark vernetzten Ketten polymerisiert (alternativ sind die funktionellen Monomere bereits in Ketten eingebunden) , die durch die nicht-kovalenten Wechselwirkungen zwischen den einpolymerisierten funktionellen Monomeren und den peptidgeprägten PoIy- mer-Templaten zusammengehalten werden und so als Träger für Wirkstoffe dienen können, Bei Bindung der peptidgeprägten Polymere an das Zielepitop erfolgt eine Lockerung der Polymerstruktur, die in einer Freisetzung des/der Wirkstoffs/e resultiert. Dieses beschriebene System kann auch noch zusätzlich mit einem für Immunzellenepitope spezifischen MIP gekoppelt sein.
Die erfindungsgemäße Polymermatrix kann in Abhängigkeit von dem Herstellungsprozess in unterschiedlichen Formen vorliegen. Hierzu zählen:A further preferred variant provides that nanoscale embossed polymers are prepared in the first step, with short oligopeptide sections as freely movable or immobilized templates which are selected from the amino acids of the proteins of the epitope which are specific for the N- or C-terminal ends consist. These peptide-imprinted polymers, which can recognize the N- or C-terminal oligopeptides and thus the target epitope with high specificity and affinity, are then intended to serve as a template for a stable prepolymerization complex with suitable functional monomers in a second step. In a third step, these are then polymerized to more or less strongly cross-linked chains (alternatively, the functional monomers are already incorporated in chains), which are held together by the non-covalent interactions between the copolymerized functional monomers and the peptide-imprinted polymer templated and In the case of binding of the peptide-imprinted polymers to the target epitope, the polymer structure is loosened, resulting in a release of the active substance (s). This described system may also be additionally coupled with a MIP specific for immune cell epitopes. The polymer matrix according to the invention can be present in different forms depending on the production process. Which includes:
• Herstellung von Polymermonolithen und nachfolgende Fragmentierung• Production of polymer monoliths and subsequent fragmentation
• Aufpfropfen des geprägten Polymers auf vorgeformte PartikelGrafting the imprinted polymer onto preformed particles
• Herstellung von Polymerkügelchen aus Suspensions- , Emulsions- oder Dispersionspolymerisation• Preparation of polymer beads from suspension, emulsion or dispersion polymerization
• Polymerpartikel, die an Dünnschichten oder Polymermembranen gebunden sind• Polymer particles bound to thin films or polymer membranes
• Polymermembranen• polymer membranes
• Oberflächengeprägte Polymerphasen: Die gebildeten Komplexe der Templatmoleküle mit den funktionellen• Surface-imprinted polymer phases: The formed complexes of the template molecules with the functional ones
Monomeren binden an aktivierte Oberflächen, wie z.B. Silizium- oder Glasoberflächen, und ergeben nach dem Auswaschen definierte geprägte Strukturen.Monomers bind to activated surfaces, e.g. Silicon or glass surfaces, and give after washing defined embossed structures.
Hinsichtlich der Verwendungsmöglichkeiten sollen hierbei beispielhaft einige vorteilhafte Anwendungsfelder aufgezählt werden. Hierzu zählt beispielsweise das zielspezifische Auffinden, die kovalente oder nicht-kovalente Bindung am Target und die kontrollierte Freisetzung von Wirkstoffen in Zielgeweben, was einen wesentlichen Aspekt moderner Therapien darstellt, da auf diese Weise die Wirkstoffkonzentratio- nen drastisch gesenkt werden können. Als Anwendungs- bereich ist hier beispielsweise die Krebstherapie zu nennen, bei der die Hemmung von Rezeptoren, z.B. des epidermalen Wachstums-Rezeptors (EGFR) ein wichtiges Ziel ist, um die Signalweiterleitung zu unterdrücken. Die bislang eingesetzten monoklonalen Antikörper wei- sen hierbei gegenüber den neuen erfindungsgemäßenWith regard to the possible uses, some advantageous fields of application should be enumerated here by way of example. These include, for example, targeting, covalent or non-covalent binding to the target, and controlled release of drugs into target tissues, which is an essential aspect of modern therapies because it can dramatically reduce drug concentrations. As an area of application is here, for example, the cancer therapy in which the inhibition of receptors, e.g. epidermal growth receptor (EGFR) is an important target to suppress signal transduction. The monoclonal antibodies used hitherto have the new invention
Systemen den Nachteil auf, dass sie wesentlich insta-
biler sind, immunogen und aufwendiger herzustellen sind. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Polymermatrix gegenüber monoklonalen Antikörper ist die deutlich kostengünstigere Herstellung.Systems have the disadvantage of being significantly unstable. Biler are immunogenic and more expensive to produce. Another advantage of the polymer matrix according to the invention over monoclonal antibodies is the significantly cheaper production.
Eine weitere Verwendung betrifft den Einsatz in der Diagnostik, indem die Partikel mit fluoreszierenden Farbstoffen oder Kontrastmitteln markiert werden. Die entsprechende molekulare Prägung der Oberfläche er- laubt eine Wechselwirkung mit spezifischen Zielzellen, z.B. im Körper direkt oder auch in einer Blutprobe .Another use relates to the use in diagnostics by the particles are marked with fluorescent dyes or contrast agents. The corresponding molecular imprinting of the surface allows interaction with specific target cells, e.g. in the body directly or in a blood sample.
Weiterhin kann auch eine Verbindung der erfindungsge- mäßen Polymermatrix zur Zellisolierung erfolgen. Der Einsatz von Partikeln mit magnetischem Kern und einer äußeren molekular geprägten Oberflächenschicht ermöglicht so eine Isolierung der gebundenen Zellen im magnetischen Feld.Furthermore, a compound of the polymer matrix according to the invention for cell isolation can also be carried out. The use of particles with a magnetic core and an outer molecular-imprinted surface layer thus enables isolation of the bound cells in the magnetic field.
Anhand des nachfolgenden Beispiels soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier dargestellte spezielle Ausführungsform einschränken zu wollen.The subject according to the invention is intended to be explained in more detail with reference to the following example, without wishing to restrict it to the specific embodiment shown here.
Beispiel 1example 1
Analog der Vorschrift von Chen et al . (Jian-Feng Chen, Hao-Min Ding, Jie-Xin Wang, Lei Shao; Biomate- rials 25 (2004) 723-727 ) werden Hohlsilica-Nanopar- tikel als Trägermaterial für den gewählten Wirkstoff und dessen kontrollierte Freisetzung hergestellt, dabei wird jedoch die Natriumsilikatkomponente (Na2SiO3.9 H2O) über einen längeren Zeitraum (5—10 Ta- ge) mittels einer Peristaltikpumpe zur Calciumcarbo- natsuspension (Partikelgröße 90 nm) zugetropft. In
die so erhaltenen Hohlsilica-Nanopartikel können nun nach der Vorschrift von Seilegren et al . (Bärbel Rü- ckert, Andrew J. Hall and Börje Sellergren, J. Mater. Chem., 2002, 12, 2275-2280) p- (Chlormethyl) phenyl- Gruppen eingeführt und an die Diethyldithiocarbamat- Gruppen als Radikalstarter gekoppelt werden. Die car- bamatderivatisierten Stellen dienen nun als Ausgangspunkte für das UV-gesteuerte Aufpfropfen von molekular geprägten poly (methacrylsäure-co-ethylenglycoldi- methacrylat) -Copolymeren,- als Template dienen dabeiAnalogous to the specification of Chen et al. (Jian-Feng Chen, Hao-Min Ding, Jie-Xin Wang, Lei Shao, Biomaterials 25 (2004) 723-727), hollow silica nanoparticles are prepared as carrier material for the selected active ingredient and its controlled release However, the sodium silicate component (Na 2 SiO 3 .9 H 2 O) over a longer period (5-10 days) by means of a peristaltic pump to Calciumcarbo- natsuspension (particle size 90 nm) was added dropwise. In The hollow silica nanoparticles thus obtained can now be prepared according to the instructions of Seilegren et al. (Bärbel Rücker, Andrew J. Hall and Börje Sellergren, J. Mater. Chem., 2002, 12, 2275-2280) introduced p- (chloromethyl) phenyl groups and coupled them to the diethyldithiocarbamate groups as radical initiators. The carbamate-derivatized sites are now used as starting points for the UV-controlled grafting of molecularly imprinted poly (methacrylic acid-co-ethylene glycol dimethacrylate) copolymers, serving as templates
Oligopeptide, die in den N- oder C-terminalen Sequenzen der jeweiligen Zielepitope enthalten und für die gewählten Epitope spezifisch sind.
Oligopeptides contained in the N- or C-terminal sequences of the respective target epitopes and specific for the selected epitopes.